크레인 교체에 따른 표준재화 상태에서의 소형 어선의 복원성 특성 - 고성항 전복 사고 재결서 중심 - Stability Characteristics based on Crane Weight of Small Fishing Vessels Under Standard Loading Conditions: Investigation Report of the Capsize Accident at Goseong Port원문보기
2016년 3월 6.67톤 어선이 크레인 작업을 하던 중 복원성 상실로 인한 전복 사고가 발생하였다. 전복은 충돌, 접촉, 좌초, 화재 및 폭발의 결과로 발생한 사고는 제외하고 선박이 뒤집힌 것을 말한다. 지난 9년동안(2010-2018), 전복 사고는 전체 해양사고의 2.34%를 차지하고 있으며 증가와 감소를 반복하고 있다. 10톤 미만 소형어선의 주된 전복사고 원인은 부적절한 선적에 따른 복원성 상실이다. 어선법에 따르면 소형 어선은 복원성과 1톤 미만 제한 하중 크레인에 대해서 복원성과 예비검사를 면제해 주고 있다. 본 연구는 고성에서 발생한 소형 어선의 전복 사고 재결서의 원인으로 언급된 사항 중 크레인 증량에 따른 복원 모멘트 감소에 대해 실제 제원이 비슷한 어선을 모델링하여 이를 통해 사고 전·후의 어선 상태를 가상하여 복원성을 비교하였다. 그 결과 기존 보다 무거운 크레인으로의 교체 시에는 복원 모멘트 감소와 현단몰입각의 감소로 전복의 위험성이 증가되었다. 표준재화 상태에서는 입·출항시 보다는 어로 활동을 하고 있는 상황에서의 복원 모멘트가 감소되는 것을 확인하였다.
2016년 3월 6.67톤 어선이 크레인 작업을 하던 중 복원성 상실로 인한 전복 사고가 발생하였다. 전복은 충돌, 접촉, 좌초, 화재 및 폭발의 결과로 발생한 사고는 제외하고 선박이 뒤집힌 것을 말한다. 지난 9년동안(2010-2018), 전복 사고는 전체 해양사고의 2.34%를 차지하고 있으며 증가와 감소를 반복하고 있다. 10톤 미만 소형어선의 주된 전복사고 원인은 부적절한 선적에 따른 복원성 상실이다. 어선법에 따르면 소형 어선은 복원성과 1톤 미만 제한 하중 크레인에 대해서 복원성과 예비검사를 면제해 주고 있다. 본 연구는 고성에서 발생한 소형 어선의 전복 사고 재결서의 원인으로 언급된 사항 중 크레인 증량에 따른 복원 모멘트 감소에 대해 실제 제원이 비슷한 어선을 모델링하여 이를 통해 사고 전·후의 어선 상태를 가상하여 복원성을 비교하였다. 그 결과 기존 보다 무거운 크레인으로의 교체 시에는 복원 모멘트 감소와 현단몰입각의 감소로 전복의 위험성이 증가되었다. 표준재화 상태에서는 입·출항시 보다는 어로 활동을 하고 있는 상황에서의 복원 모멘트가 감소되는 것을 확인하였다.
In March 2016, a 6.67-ton fishing boat capsized owing to the loss of stability during crane operations. Capsizing occurs when a boat or ship is flipped over (or turned upside down) for reason other than accidents caused by collisions, contact, stranding, fire or explosion. Over the past nine years (...
In March 2016, a 6.67-ton fishing boat capsized owing to the loss of stability during crane operations. Capsizing occurs when a boat or ship is flipped over (or turned upside down) for reason other than accidents caused by collisions, contact, stranding, fire or explosion. Over the past nine years (2010-2018), capsize accidents have accounted for 2.34 % of all marine accidents and are gradually increasing. The loss of stability from improper shipping is the main cause of most capsizes, especially for small fishing vessels weighing 10 tons. According to the Fishing Vessel Act, small fishing vessels weighing less than a ton are exempted from inspections on stability and load cranes. This study analyzes the issue cited as the reason for the capsizing of the small fishing boat in Goseong, namely, the reduction of restoring moment due to increased weight of the crane. Fishing boats with similar loading conditions were modeled on the basis of re-determination, and their stability before and after the accident was assumed. The fishing boats with heavier cranes were found to be at higher risk of capsizing owing to the reduction of the restoring moment and the angle of deck immersion. Under standard loading conditions, the stability moments of fishing vessels are lesser during fishing, compared to when they depart from or arrive at the port.
In March 2016, a 6.67-ton fishing boat capsized owing to the loss of stability during crane operations. Capsizing occurs when a boat or ship is flipped over (or turned upside down) for reason other than accidents caused by collisions, contact, stranding, fire or explosion. Over the past nine years (2010-2018), capsize accidents have accounted for 2.34 % of all marine accidents and are gradually increasing. The loss of stability from improper shipping is the main cause of most capsizes, especially for small fishing vessels weighing 10 tons. According to the Fishing Vessel Act, small fishing vessels weighing less than a ton are exempted from inspections on stability and load cranes. This study analyzes the issue cited as the reason for the capsizing of the small fishing boat in Goseong, namely, the reduction of restoring moment due to increased weight of the crane. Fishing boats with similar loading conditions were modeled on the basis of re-determination, and their stability before and after the accident was assumed. The fishing boats with heavier cranes were found to be at higher risk of capsizing owing to the reduction of the restoring moment and the angle of deck immersion. Under standard loading conditions, the stability moments of fishing vessels are lesser during fishing, compared to when they depart from or arrive at the port.
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문제 정의
해양에서 크레인 작업 중 소형어선의 전복에 관한 연구는 많이 부족하며, 기존 연구의 대부분은 해상 크레인이나 해양 작업선에서 크레인 사용으로 인한 낙하물의 위험성에 관한 연구이다. 본 연구에서는 총톤수 10톤 미만의 소형어선에서 크레인 사용 중에 발생한 어선의 전복사고에 대한 재결서를 바탕으로 사고 원인으로 검토된 변수 중 크레인 교체에 따른 복원성과 표준재화 상태에서의 복원정과 복원성 값 비교, 복원성과 크레인 설치와 관련된 법령 및 기준 검토를 수행하여 소형어선의 전복사고 안전성에 대해 확인하였다.
가설 설정
현단몰입각은 어선의 직립 상태에서 현단이 수면에 달할때까지의 횡경사각으로써 기 계산한 복원성 곡선 결과에 따라 계산된 값이며, 현단몰입각에 있어서의 복원정(GZc) 값은 작업 중 부가적인 외력이 어선에 미치는 어로정을 탑재하는 어선 및 선망어선에 있어서의 어선 복원성 기준을 적용하여 식(2)를 만족하여야 한다(MOF, 2019c). 실제 복원정값의 산정은 크레인 제원 상 붐의 길이에서 기준 복원정값을 초과하지 않는 복원정값까지를 인양할 수 있는 최대 하중이라고 가정한다.
실제로 크레인 사양에 따른 운동 범위와 하중 능력을 대입하여 표준재화 상태별로 실제 어선이 어망을 들어 올릴 때를 가정하여 현단몰입각(Angle of deck edge immersion)과 흘수선을 Fig. 4와 같이 모델링 하였다.
제안 방법
2019년말 기준, 2010 ~ 2018년 동안 해양 사고 재결서 총 1,788건 중 전복 사고 관련 재결서 76건을 통해 전복 사고 특징을 분석하였다. 전복 사고는 전체 재결서 중 4.
복원성 비교는 해당 크레인 어선이 전복된 상황을 고려하여 6.67톤 어선을 대상으로 크레인 교체에 따른 표준재화상태에서의 복원성 변화와 교체된 크레인으로 작업하는 경우를 가상한 복원정과 복원성을 비교하였다. 표준재화 상태는 만재출항상태, 어장발상태, 만재입항상태의 3가지 대표 표준재화 상태를 시뮬레이션 하였다.
이에 최초 총톤수 4.98톤으로 허가되었으나 2010년 5월 7일 시행된 ‘어선 안전공간 확대 등을 위한 어선 검사 지침’에 따라 선미 부력부 및 어선원 복지공간 등 증설을 통해 총톤수 6.67톤으로 개조한 어선 중 제원이 비슷한 낚시어선 복원성 승인자료를 활용하여 Maxsurf Enterprise V8i ver.20을 사용하여 선형을 3D 모델링 한 후 자료를 활용하여 소형 어선의 복원성 특성을 검토하였다.
총톤수 10톤 미만의 소형어선 전복 사고와 관련하여, 크레인 자중과 크레인 붐의 길이에 대한 인양 하중을 적용한 복원정과 복원성 값의 변화를 통해 다음의 고찰 및 결론을 얻었다.
총톤수 6.67톤 모델링 어선에 개조 전·후의 크레인의 자중을 포함해 만재출항상태, 어장발상태, 만재입항상태의 복원성을 계산하였고 크레인 무게 중심은 TypeⅠ과 TypeⅡ에 대해 LCG(Longitudinal center of gravity) 5.6미터, VCG(Vertical center of gravity) 2.16미터에 동일하게 적용하였다.
크레인 정격 하중이 다른 크레인 교체 전·후의 복원성 비교를 위해 6.67톤 모델링 어선에 크레인의 자중(Crane weight)과 하중 능력을 기준으로 복원성을 비교하였다.
67톤 어선을 대상으로 크레인 교체에 따른 표준재화상태에서의 복원성 변화와 교체된 크레인으로 작업하는 경우를 가상한 복원정과 복원성을 비교하였다. 표준재화 상태는 만재출항상태, 어장발상태, 만재입항상태의 3가지 대표 표준재화 상태를 시뮬레이션 하였다. 만재출항(Full load departure condition)상태는 경하 상태(Lightship condition)에 얼음, 어구, 선원 및 선원 소지품, 기관부 예비품, 창고품, 잡용수 등을 탑재하고 연료, 청수, 식료품 등을 만재한 상태, 어장발(Fishing ground departure condition) 상태는 만재출항상태로부터 어획물을 만재하고 연료, 청수, 식료품 등 소모품을 75 % 소비한 상태, 만재 입항(Full load arrival condition) 상태는 어장발 상태로부터 연료, 청수, 식료품 등 소모품을 90 % 소비한 상태를 말한다(MOF, 2019c).
어선의 복원성은 바람, 파도 및 너울 등의 여러 가지 영향이 미치지만 본 결과 값에서는 이러한 변수들을 무시하였기 때문에 실제 해상 환경에서는 Table 5에서 계산된 현단몰입각과 표준재화 상태에서 작업 중 발생하는 크레인의 인양 하중 값보다 실제 값이 적더라도 전복 사고가 발생할 수도 있다. 하지만 본 연구에서는 외적인 해양 상태를 무시하고 어선에 부착된 크레인의 인양 하중을 복원정 값에 최대한 근접한 상태의 값이 도출되도록 시뮬레이션하였다.
대상 데이터
67톤급 어장관리 어선 K는 새로 교체·설치한 신품 어로용 크레인으로 해상 시운전을 겸하여 그물 세척 작업을 하던 중 크레인과 그물의 무게로 인하여 우현경사 가중이 지속되었고 갑판 위의 그물이 우현으로 쏠리면서 복원 모멘트를 상실하여 전복사고가 발생하였다. 당시 기상은 동남 동풍이 초속 6 ~ 10미터, 파고는 0.5미터, 시정은 약 6마일로 양호하였다. 선장과 선원은 구조되었으나 기름 약 80리터가 해상에 유출되었고 사고 어선은 타 선박에 의해 예인되어 입항하였다.
본 사고는 동해지방해양안전심판원에서 재결이 된 사건이며 해당 어선은 개조 전 길이 9.7미터, 총톤수 4.42톤에서 개조 후 길이 14.01미터, 6.67톤으로 변경되었으며 너비(Breath)와 깊이(Depth)는 개조 전·후 같았다.
성능/효과
1. 어선에 설치된 크레인은 대부분 1톤 이상의 인양 능력을 가지고 있지만, 1톤 미만의 화물 인양 사용을 전제로 예비검사를 면제 받은 크레인을 사용하고 있다. 사용자가 1톤 이상의 화물 인양을 하여도 막을 수 있는 기술과 법적 제한이 현실적으로 없다.
2. 자중이 무거운 크레인을 변경하여 설치하였을 때 상부 크레인의 중량 증가와 만재배수량 유지를 위한 어획물 적재량 감소로 인해 어선 자체 무게 중심이 증가 되고 결과적으로 횡메타센타 높이(GoM)가 낮아져 어선 전복의 위험이 증가하였다. 크레인 자중이 무거운 TypeⅡ의 경우 TypeⅠ에 비해 기준값 대비 실제 값의 비율이 만재출항 상태는 20.
3. TypeⅡ(자중 1,700킬로그램)의 크레인을 사용하는 어선은 크레인 붐의 최소 길이(Table 5)에서의 인양 하중은 만재출항상태는 0.96톤(TypeⅡ: 0.96미터, TypeⅠ: 1.42미터), 어장발상태 0.7톤(TypeⅡ: 0.7미터, TypeⅠ: 1미터), 만재 입항 상태 0.7(TypeⅡ: 0.7미터, TypeⅠ: 1.01미터)으로 TypeⅠ의 붐 최소 길이 인양 하중에 비해 만재출항상태는 32.4 %, 어장발상태는 30 %, 만재입항상태는 30.7 %의 인양 하중이 줄어들었다. 하지만 크레인 붐의 길이(2.
041 감소하였다. GoM 기준값 대비 실제 값 비는 만재출항 상태에서 194 %와 173.8 %로 가장 높았으며, 어장발 상태가 167.7 %와 155.7 %로 가장 낮았다. 만재출항상태에서 Type I 대비 Type II의 GoM 기준값이 증가한 이유는 동일 조건에서 크레인의 자중의 영향으로 TypeⅡ의 상당 흘수가 증가하였고, 따라서 어선의 깊이(Depth)와 상당흘수 사이의 수직거리가 Type I에 비하여 감소함으로써 어선복원성 기준에서 규정한 β 값이 감소하였기 때문이다.
넷째, 신규 설치한 크레인 유압펌프 계통의 공기를 빼는 작업을 하지 않았다. 다섯째, 크레인에 대한 설치의 적정성에 대한 검사 기준이 없다.
사고 원인으로 첫째, 그물 세척 작업을 하면서 그물을 달고 있는 크레인에 과부하가 걸리면서 선체가 경사되어 있는 우현 쪽으로 크레인이 자연 선회하여 대각도 우현경사가 발생하였다. 둘째, 어선에 설치된 크레인의 위치와 그물의 위치가 7미터 가량 떨어져 그물을 인양하려면 기존의 크레인 사양으로는 불가하여 크레인을 교체하였고 교체 설치한 크레인은 더 높은 위치에서 더 큰 하중을 매달 수 있어 상부과중효과로 인하여 복원력이 감소하였다. 셋째, 인양 하려는 그물의 전체 무게가 2.
각 크레인 Type I, II의 붐 길이 별 인양 하중에 대한 추세선을 통해 Type I & II 크레인에 대하여 동일 붐 길이로 환산하여 비교한 결과 Table 6에서 보는 바와 같이 동일 붐 길이에서의 각 Type 별 인양 하중의 차이는 최소 10킬로그램에서 최대 90킬로그램으로 약 3 ~ 9 % 분포를 보이고 있으며, 크레인 변경에 따른 인양 하중은 크게 차이가 나지 않는 것으로 판단된다. 또한 TypeⅡ보다 TypeⅠ의 설계 인양 하중 능력은 적지만 붐의 길이가 짧고 자중이 적어 동일한 복원성을 가질 경우 상대적으로 더 큰 화물을 인양 할 수 있다는 사실을 확인하였으며 설계 인양 하중이 큰 크레인의 설치보다는 소형어선에 적절한 크레인의 설치가 더 중요하다는 것을 확인할 수 있었다.
사고 원인으로 첫째, 그물 세척 작업을 하면서 그물을 달고 있는 크레인에 과부하가 걸리면서 선체가 경사되어 있는 우현 쪽으로 크레인이 자연 선회하여 대각도 우현경사가 발생하였다. 둘째, 어선에 설치된 크레인의 위치와 그물의 위치가 7미터 가량 떨어져 그물을 인양하려면 기존의 크레인 사양으로는 불가하여 크레인을 교체하였고 교체 설치한 크레인은 더 높은 위치에서 더 큰 하중을 매달 수 있어 상부과중효과로 인하여 복원력이 감소하였다.
34 %를 차지하였다. 사고 추이를 보면 2014년 이후 해양사고는 꾸준히 증가 추세를 보였고, 전복 사고는 2011년 이후 감소하다가 2015년부터 2017년까지 큰 폭으로 증가한 뒤 2018년 다시 감소하는 추이를 보였다(MOF, 2019d).
셋째, 인양 하려는 그물의 전체 무게가 2.5톤 이상이었고 크레인에 걸리는 하중이 한계 하중을 초과하면서 과부하가 걸렸다.
9 % 증가하였다. 소형어선에 예비검사 면제 조건으로 설치되는 크레인의 인양 능력이 1톤 미만이라는 점을 고려, 크레인 붐의 최소 길이에서 TypeⅠ은 2,400킬로그램, TypeⅡ는 3,330킬로그램만큼 최대 인양 하중을 초과하여 설치된 장비로서 규정된 인양 하중에 비해 지나치게 큰 인양 능력을 가진 크레인이 설치되었다는 것을 알 수 있었다. 총톤수 6.
크레인 교체 결과에 따른 표준재화 상태에서 실제 GoM값은 만재출항상태에서 0.052, 어장발상태 및 만재입항상태에서 0.041 감소하였다. GoM 기준값 대비 실제 값 비는 만재출항 상태에서 194 %와 173.
7미터이며 인양 능력은 붐의 길이에 따라 최대 4,330킬로그램에서 최소 1,350킬로그램이다. 크레인 교체 전과 후를 비교하면 자중 550킬로그램 증가, 작업 반경(Working radius)은 1.4미터 증가하였고, 최대 붐의 길이는 2.1미터 감소하였으나 인양 능력은 930킬로그램이 증가하였다. 같은 붐의 길이에 대한 인양 무게가 없지만, 붐의 길이가 비슷한 TypeⅠ의 6.
후속연구
소형 어선 전복 사고의 대부분의 원인이 부적절한 선적으로 인한 복원 모멘트 상실이다. 설계와 건조 단계에서 제도적 변경이 불가능하다면 크레인 인양 하중 제한, 상부 구조물 고박, 기상에 따른 출항 등급 선정등 운영에 관련하여 어선의 안전을 지키는 방안에 대한 정책적 연구와 선장 및 관련자를 대상으로 주기적인 복원성에 대한 교육이 수행되어야 할 필요가 있겠다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
육상의 크레인 재해에서 발생하는 사고의 특징은?
보통 육상의 크레인 재해는 기계설비로는 가장 높은 위험성을 나타내고 있으며 대부분의 사고가 줄걸이 작업 불량이나 규정 위반, 오작동에 의한 휴먼에러(Human error)라는 특징이 있다(Park et al., 2007; Kee and Kim, 2005).
전복은 무엇을 말하는가?
67톤 어선이 크레인 작업을 하던 중 복원성 상실로 인한 전복 사고가 발생하였다. 전복은 충돌, 접촉, 좌초, 화재 및 폭발의 결과로 발생한 사고는 제외하고 선박이 뒤집힌 것을 말한다. 지난 9년동안(2010-2018), 전복 사고는 전체 해양사고의 2.
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